Робот для збирання з рукою маніпулятором. Настільна робо-рука маніпулятор з оргскла на сервоприводах своїми руками або реверс-інжиніринг uArm


З особливостей цього робота на платформі Arduino можна відзначити складність його конструкції. Роборука складається з безлічі важелів, які дозволяють їй рухатися по всіх осях, хапати і переміщати різні речі, використовуючи всього 4 сервомотори. Зібравши власними рукамитакого робота, Ви точно зможете здивувати своїх друзів та близьких можливостями та приємним виглядом даного пристрою! Пам'ятайте, що для програмування Ви завжди зможете скористатися нашим графічним середовищем RobotON Studio!

Якщо у Вас виникнуть запитання чи зауваження, ми завжди на зв'язку! Створюйте та викладайте свої результати!

особливості:

Щоб зібрати робота маніпулятора своїми руками, вам знадобиться багато компонентів. Основну частину займають 3D друковані деталі, їх близько 18 штук (друкувати гірку необов'язково).

  • 5 болтів М4 20мм, 1 на 40 мм та відповідні гайки із захистом від розкручування
  • 6 болтів М3 10мм, 1 на 20 мм та відповідні гайки
  • Макетка зі сполучними проводами або шилд
  • Arduino Nano
  • 4 серво мотора SG 90

Після складання корпусу ВАЖЛИВО переконатися у його вільній рухливості. Якщо ключові вузли Роборуки рухаються важко, серво-мотори можуть не впоратися з навантаженням. Збираючи електроніку, слід пам'ятати, що підключати ланцюг до живлення краще після повної перевірки з'єднань. Щоб уникнути поломки сервоприводів SG 90, не потрібно крутити руками сам мотор, якщо немає необхідності. У випадку, якщо потрібно розробити SG 90, потрібно плавно рухати вал двигуна в різні боки.

Характеристики:
  • Просте програмування через наявність малої кількості моторів, причому одного типу
  • Наявність мертвих зон для деяких серво-приводів
  • Широка застосовність робота у повсякденному житті
  • Інтерсна інженерна робота
  • Необхідність використання 3D принтера

Вітаю!

Розповідаємо про лінійку колаборативних роботів-маніпуляторів Universal Robots.

Компанія Юніверсал-робот родом з Данії, займається випуском колаборативних роботів-маніпуляторів для автоматизації циклічних виробничих процесів. У цій статті наведемо їх основні технічні характеристикиі розглянемо сфери застосування.

Що це?

Продукція компанії представлена ​​лінійкою з трьох полегшених промислових маніпуляційних пристроїв із розімкненим кінематичним ланцюгом:
UR3, UR5, UR10.
Всі моделі мають 6 ступенів рухливості: 3 переносні та 3 орієнтуючі. Пристрої від Юніверсал-роботс виробляють лише кутові переміщення.
Роботи-маніпулятори поділені на класи, залежно від максимально допустимого корисного навантаження. Іншими відмінностями є радіус робочої зони, вага та діаметр основи.
Всі маніпулятори UR оснащені датчиками абсолютного положення високої точності, які спрощують інтеграцію з зовнішніми пристроямита обладнанням. Завдяки компактному виконанню, маніпулятори UR не займають багато місця і можуть встановлюватись у робочих секціях або на виробничих лініях, де не розміщуються звичайні роботи. Характеристики:
Чим цікавіПростота програмування

Спеціально розроблена та запатентована технологія програмування дозволяє операторам, які не володіють спеціальними навичками, швидко виконати налаштування роботів-маніпуляторів UR та керувати ними за допомогою інтуїтивної технології 3D-візуалізації. Програмування відбувається шляхом серії простих пересувань робочого органу маніпулятора в необхідні положення або натисканням стрілок у спеціальній програмі на планшеті.UR3: UR5: UR10: Швидке налаштування

Оператору, який виконує первинний запуск обладнання, знадобиться менше години для розпакування, монтажу та програмування першої простої операції. UR3: UR5: UR10: Колаборативність та безпека

Маніпулятори UR здатні замінити операторів, які виконують рутинні завдання у небезпечних та забруднених умовах. У системі управління ведеться облік зовнішніх впливів, що надають на робот-маніпулятор в процесі роботи. Завдяки цьому маніпуляційні системи UR можна експлуатувати без захисних огорож, поряд з робочими місцями персоналу. Системи безпеки роботів схвалені та сертифіковані TÜV – Спілкою працівників технічного нагляду Німеччини.
UR3: UR5: UR10: Різноманітність робочих органів

На кінці промислових маніпуляторів UR передбачено стандартизоване кріплення для встановлення спеціальних робочих органів. Між робочим органом та кінцевою ланкою маніпулятора можна встановити додаткові модулі силомоментних сенсорів або камер. Можливості застосування

З промисловими роботами-маніпуляторами UR відкриваються можливості автоматизації практично всіх циклічних рутинних процесів. Пристрої компанії Юніверсал-роботс відмінно зарекомендували себе в різних сферах застосування.

Перекладка

Встановлення маніпуляторів UR на ділянках перекладки та пакування дозволяє збільшити точність та зменшити усадку. Більшість операцій з перекладки може здійснюватись без нагляду. Полірування, буферування, шліфування

Вбудована система датчиків дозволяє контролювати точність і рівномірність зусилля на криволінійних і нерівних поверхнях.

Лиття під тиском

Висока точність рухів, що повторюються, дозволяє застосовувати роботи UR для завдань переробки полімерів та інжекційного лиття.
Обслуговування верстатів з ЧПУ

Клас захисту оболонки забезпечує можливість встановлення маніпуляційних систем для спільної працізі верстатами ЧПУ. Упаковка та штабелювання

Традиційні технології автоматизації відрізняються громіздкістю та дорожнечею. Роботи UR, що легко настроюються, здатні працювати без захисних екранів поруч із співробітниками або без них 24 години на добу, забезпечую високу точність і продуктивність. Контроль якості

Роботизований маніпулятор з відеокамерами придатний для проведення тривимірних вимірювань, що є додатковою гарантією якості продукції. Складання

Простий пристрій кріплення робочого органу дозволяє оснащувати роботи UR відповідними допоміжними механізмами, необхідними для збирання деталей з дерева, пластику, металу та інших матеріалів. Згвинчування

Система управління дозволяє контролювати момент, що розвивається в уникненні надмірної затяжки і забезпечення необхідного натягу. Склеювання та зварювання

Висока точність позиціонування робочого органу дозволяє скоротити кількість відходів під час операцій склеювання чи нанесення речовин.
Промислові роботи-маніпулятори UR можуть виконувати різні типизварювання: дугову, точкову, ультразвукову та плазмову. Разом:

Промислові маніпулятори від Юніверсал-роботс компактні, легкі, прості в освоєнні та обігу. Роботи UR – гнучке рішення для кола завдань. Маніпулятори можна запрограмувати на будь-які дії властиві рухам людської руки, а обертальні рухи їм вдаються набагато краще. Маніпуляторам не властиві втома і страх отримати травму, не потрібні перерви та вихідні.
Рішення від Юніверсал-роботс дозволяють автоматизувати будь-який рутинний процес, що збільшує швидкість та якість виробництва.

Обговоріть автоматизацію ваших виробничих процесів за допомогою маніпуляторів Юніверсал-роботс з офіційним дилером.

Ця стаття — вступний посібник для новачків зі створення роботизованих рук, що програмуються за допомогою Ардуїно. Концепція полягає в тому, що проект роборуки буде недорогим і простим у збиранні. Ми зберемо нескладний прототип з кодом, який можна і потрібно оптимізувати, це стане для вас чудовим стартом у робототехніці. Робот-маніпулятор на Ардуїно управляється хакнутим джойстиком і може бути запрограмований на повторення послідовності дій, яку ви поставите. Якщо ви не сильні у програмуванні, то можете зайнятися проектом як тренування зі складання «заліза», залити в нього мій код і отримати на його основі базові знання. Повторюся, проект досить простий.

На відео – демка з моїм роботом.

Крок 1: Список матеріалів



Нам знадобиться:

  1. Плата Ардуїно. Я використовував Уно, але кожен з різновидів однаково добре впорається із завданнями проекту.
  2. Сервоприводи, 4 найдешевші, що ви знайдете.
  3. Матеріали для корпусу на смак. Підійде дерево, пластик, метал, картон. Мій проект зібрано зі старого блокноту.
  4. Якщо ви не захочете морочитися з друкованою платоюто знадобиться макетна плата. Підійде плата невеликого розміру, пошукайте варіанти з джамперами та блоком живлення - вони бувають досить дешеві.
  5. Щось для заснування руки — я використав банку від кави, це не найкращий варіант, але це все, що я зміг знайти у квартирі.
  6. Тонка нитка для механізму руки та голка для отворів.
  7. Клей та ізолента, щоб скріпити все воєдино. Немає нічого, що не можна було б скріпити ізолентою та гарячим клеєм.
  8. Три резистори на 10K. Якщо у вас не знайдеться резисторів, то в коді на такі випадки є обхідний маневр, проте найкращим варіантомбуде купити резистори.

Крок 2: Як все працює



На прикладеному малюнку зображено принцип роботи руки. Також я поясню все на словах. Дві частини руки з'єднані тонкою ниткою. Середина нитки з'єднана із сервоприводом руки. Коли сервопривід тягне нитку, рука стискається. Я оснастив руку пружиною з кулькової ручки, але якщо ви маєте більш гнучкий матеріал, можете використовувати його.

Крок 3: Модифікуємо джойстик

Припустивши, що ви вже закінчили складання механізму руки, я перейду до частини з джойстиком.

Для проекту використовувався старий джойстик, але в принципі підійде будь-який пристрій із кнопками. Аналогові кнопки (гриби) використовуються для керування сервоприводами, так як насправді це просто потенціометри. Якщо у вас немає джойстика, то можете використовувати три звичайні потенціометри, але якщо ви, як і я, модифікуєте старий джойстик своїми руками, то ось що вам потрібно зробити.

Я підключив потенціометри до макетної платиУ кожного з них є по три клеми. Одну їх потрібно з'єднати з GND, другу з +5V на Ардуїно, а середню на вхід, який ми визначимо пізніше. Ми не будемо використовувати вісь Y на лівому потенціометрі, тому нам потрібен лише потенціометр над джойстиком.

Щодо перемикачів, з'єднайте +5V з одним його кінцем, а провід, який йде на інший вхід Ардуїно з другим кінцем. Мій джойстик має загальну для всіх перемикачів лінію +5V. Я підключив всього 2 кнопки, але потім підключив ще одну, тому що в ній виникла потреба.

Також важливо обрізати дроти, які йдуть до чіпа (чорне коло на джойстику). Коли ви завершите все вищеописане, можна розпочати проводку.

Крок 4: Електропроводка пристрою

На фотографії зображено електропроводку пристрою. Потенціометри – це важелі на джойстику. Лікоть (Elbow) - це права вісь Y, Основа (Base) - це права вісь X, Плечо (Shoulder) - це ліва вісь X. Якщо вам захочеться змінити напрямок руху сервоприводів, просто змініть положення проводів +5V і GND на відповідному потенціометрі.

Крок 5: Завантаження коду

На цьому етапі нам потрібно завантажити прикладений код на комп'ютер, а потім завантажити його на Ардуїно.

Примітка: якщо раніше ви вже завантажували код на Ардуїно, то просто пропустіть цей крок — ви не дізнаєтеся нічого нового.

  1. Відкрийте ІДЕ Ардуїно і вставте код
  2. У Tools/Board виберіть плату
  3. У Tools/Serial Port виберіть порт, до якого підключено плату. Швидше за все, вибір буде складатися з одного пункту.
  4. Натисніть кнопку Upload.

Ви можете змінити діапазон роботи сервоприводів, в коді залишив нотатки про те, як це здійснити. Швидше за все, код працюватиме без проблем, вам потрібно буде лише змінити параметр сервоприводу руки. Цей параметр залежить від того, як ви налаштували нитку, тому я рекомендую точно вибрати його.

Якщо ви не використовуєте резистори, то вам потрібно буде модифікувати код там, де я залишив про це нотатки.

Файли

Крок 6: Запуск проекту

Робот контролюється рухами на джойстику, рука стискається та розтискається за допомогою кнопки для руки. На відео показано, як усе працює у реальному житті.

Ось спосіб, яким можна запрограмувати руку:

  1. Відкрийте Serial Monitor в Ардуїно ІДЕ, це дозволить простіше стежити за процесом.
  2. Збережіть початкову позицію, натиснувши Save.
  3. За один раз рухайте лише одним сервоприводом, наприклад Плечо вгору, і тисніть save.
  4. Активуйте руку також на її кроці, а потім зберігайте натисканням save. Деактивація також проводиться на окремому етапі з наступним натисканням save.
  5. Коли закінчите послідовність команд, натисніть кнопку play, робот перейде в початкове положення і почне рухатися.
  6. Якщо ви захочете зупинити його, від'єднайте кабель або натисніть кнопку reset на платі Ардуїно.

Якщо ви все зробили правильно, то результат буде схожим на цей!

Сподіваюся, урок був вам корисним!

Має підсвічування. Усього робот працює на 6-ти серводвигуна. Для створення механічної частини використовувався акрил завтовшки два міліметри. Для виготовлення штатива було взято основу від диско-кулі, при цьому один мотор побудований прямо в нього.

Робот працює на платі Arduino. Як джерело живлення використовується комп'ютерний блок.

Матеріали та інструменти:
- 6 серводвигунів;
- акрил завтовшки 2 мм (і ще невеликий шматок завтовшки 4 мм);
- штатив (для створення основи);
- ультразвуковий датчик відстані типу hc-SR04;
- контролер Arduino Uno;
- контролер живлення (виготовляється самостійно);
- Блок живлення від комп'ютера;
- комп'ютер (необхідний програмування Arduino);
- дроти, інструменти та інше.



Процес виготовлення:

Крок перший. Збираємо механічну частину робота
Механічна частина збирається дуже легко. Два шматки акрилу потрібно з'єднати за допомогою серводвигуна. Інші дві ланки з'єднуються аналогічно. Щодо схвату, то його найкраще купити через інтернет. Усі елементи кріпляться за допомогою гвинтів.

Довжина першої частини становить близько 19 см, а другий приблизно 17.5 см. Передня ланка має довжину 5.5 см. Щодо інших елементів, то їх розміри вибираються на власний розсуд.





Кут повороту в основі механічної рукиповинен становити 180 градусів, тому знизу необхідно встановити серводвигун. У нашому випадку його потрібно встановити у диско-кулю. Робот встановлюється вже на серводвигун.

Для установки ультразвукового датчиказнадобиться шматок акрилу завтовшки 2 см.

Щоб встановити схват, буде потрібно кілька гвинтів і серводвигун. Потрібно взяти гойдалку від серводвигуна і вкорочувати її доти, доки вона не підійде до схвату. Потім можна закрутити два маленькі гвинти. Після встановлення серводвигун потрібно повернути в крайнє ліве положення та звести губки захвату.

Тепер серводвигун кріпиться на 4 болти, при цьому важливо стежити, щоб він знаходився в крайньому лівому положенні, а губи були зведені.
Тепер сервпривід можна підключити до плати та перевірити, чи працює схват.








Крок другий. Підсвічування робота
Щоб робот був цікавішим, йому можна зробити підсвічування. Робиться це за допомогою світлодіодів різноманітних кольорів.


Крок третій. Підключення електронної частини
Основним контролером для робота є платня Arduino. Як джерело живлення використовується комп'ютерний блок, на його виходах потрібно знайти напругу 5 Вольт. Воно має бути, якщо заміряти мультиметром напругу на червоному та чорному дроті. Ця напруга потрібна для живлення серводвигунів та датчика відстані. Жовтий та чорний провід блоку видає вже 12 Вольт, вони потрібні для роботи Arduino.

Для сервомоторів потрібно зробити п'ять конекторів. До позитивних підключаємо 5В, а негативні до землі. Аналогічним чином підключається датчик відстані.

Ще на платі є світлодіодний індикатор живлення. Для його підключення використовується резистор 100 Ом між +5В та землею.










Виходи від серводвигунів підключаються до ШИМ-виходів на Arduino. Такі піни на платі позначаються значком "~". Що стосується ультразвукового датчика відстані, його можна підключити до пін 6 і 7. Світлодіод підключається до землі і 13-му піну.

Тепер можна розпочинати програмування. Перед тим як підключатися через USB, переконайтеся, що живлення повністю відключено. При тестуванні програми харчування робота також потрібно відключати. Якщо це не зробити, контролер отримати 5В від USB та 12В від блока живлення.

На схемі можна побачити, що для керування серводвигунами були додані потенціометри. Вони не є необхідною складовою робота, але без них запропонований код не працюватиме. Потенціометри підключаються до пін 0,1,2,3 та 4.

На схемі є резистор R1 його можна замінити потенціометром на 100 кОм. Це дозволить регулювати яскравість вручну. Щодо резисторів R2, то їх номінал 118 Ом.

Ось перелік основних вузлів, які застосовувалися:
- 7 світлодіодів;
- R2 – резистор на 118 Ом;
- R1 – резистор на 100 кОм;
- Перемикач;
- фоторезистор;
- Транзистор bc547.

Крок четвертий. Програмування та перший запуск робота
Щоб керувати роботом, використано 5 потенціометрів. Цілком реально замінити таку схему на один потенціометр і два джойстики. Як підключити потенціометр, було показано на попередньому кроці. Після встановлення скечу робота можна випробувати.

Перші випробування робота показали, що встановлені серводвигуни типу futuba s3003 виявилися слабкими для робота. Їх можна використовувати лише повороту руки чи для схвата. Натомість автор встановив двигуни mg995. Ідеальним варіантомбудуть двигуни типу mg946.

Однією з основних рушійних сил автоматизації сучасного виробництває промислові роботи-маніпулятори. Їхня розробка та впровадження дозволили вийти підприємствам на новий науково-технічний рівень виконання завдань, перерозподілити обов'язки між технікою та людиною, підвищити продуктивність. Про види роботизованих помічників, їх функціонал і ціни поговоримо в статті.

Помічник №1 – робот-маніпулятор

Промисловість – фундамент більшості економік світу. Від якості пропонованих товарів, обсягів та ціноутворення залежить дохід не лише окремо взятого виробництва, а й державного бюджету.

У світлі активного впровадження автоматизованих ліній та повсюдного використання розумної технікизростають вимоги до продукції. Витримати конкуренцію без використання автоматизованих ліній чи промислових роботів-маніпуляторів сьогодні практично неможливо.

Як влаштований промисловий робот

Робот-маніпулятор має вигляд величезної автоматизованої «руки» під контролем системи електроуправління. У конструкції пристроїв відсутня пневматика або гідравліка, все збудовано на електромеханіці. Це дозволило скоротити вартість роботів і підвищити їхню довговічність.

Промислові роботи можуть бути 4-осьовими (використовуються для укладання та фасування) і 6-ти осьовими (для інших видів робіт). Крім того, роботи відрізняються і в залежності від ступеня свободи: від 2 до 6. Чим він вищий, тим точніше маніпулятор відтворює рух людської руки: обертання, переміщення, стиснення/розтискання, нахили та інше.
Принцип дії пристрою залежить від його програмного забезпеченняі оснащення, і якщо на початку свого розвитку основна мета була звільнення працівників від тяжкого та небезпечного виглядуробіт, то сьогодні спектр виконуваних завдань значно зріс.

Використання роботизованих помічників дозволяє справлятися одночасно з кількома завданнями:

  • скорочення робочих площ та вивільнення фахівців (їх досвід та знання можуть бути використані на іншій ділянці);
  • збільшення обсягів виробництва;
  • підвищення якості продукції;
  • завдяки безперервності процесу скорочується цикл виготовлення.

У Японії, Китаї, США, Німеччині на підприємствах працює мінімум співробітників, обов'язком яких є лише контроль роботи маніпуляторів та якість продукції, що виготовляється. Варто зазначити, що промисловий робот-маніпулятор – це не тільки функціональний помічник у машинобудуванні чи зварювальній справі. Автоматизовані пристрої представлені в широкому асортиментіі використовуються в металургії, легкій та харчової промисловості. Залежно від потреб підприємства можна підібрати маніпулятор, що відповідає функціональним обов'язкам та бюджету.

Види промислових роботів-маніпуляторів

На сьогоднішній день існує близько 30 видів роботизованих рук: від універсальних моделей до вузькоспеціалізованих помічників. Залежно від виконуваних функцій, механізми маніпуляторів можуть відрізнятися: наприклад, це можуть бути зварювальні роботи, різання, свердління, гнучка, сортування, укладання та упаковка товарів.

На відміну від існуючого стереотипу про дорожнечу роботизованої техніки, кожне навіть невелике підприємство зможе придбати подібний механізм. Невеликі універсальні роботи-маніпулятори з невеликою вантажопідйомністю (до 5кг) ABB і FANUC коштуватимуть від 2 до 4 тисяч доларів.
Незважаючи на компактність пристроїв, вони здатні збільшити швидкість роботи та якість обробки виробів. Під кожного робота буде написано унікальне програмне забезпечення, яке точно координує роботу агрегату.

Вузькоспеціалізовані моделі

Роботи зварювальники знайшли своє найбільше застосування у машинобудуванні. Завдяки тому, що пристрої здатні зварювати не тільки рівні деталі, а й ефективно проводити зварювальні роботи під кутом, важкодоступних місцяхвстановлюють цілі автоматизовані лінії.

Запускається конвеєрна система, де кожен робот за певний час робить свою частину роботи, а після лінія починає рухатися до наступного етапу. Організувати таку систему з людьми досить непросто: ніхто з працівників не повинен відлучатися ні на секунду, інакше збивається весь виробничий процес або з'являється шлюб.

Зварювальники
Найпоширенішими варіантами є зварювальні роботи. Їхня продуктивність і точність у 8 разів вища, ніж у людини. Такі моделі можуть виконувати кілька видів зварювання: дугове або точкове (залежно від ПЗ).

Лідерами в цій галузі вважаються промислові роботи-маніпулятори Kuka. Вартість від 5 до 300 тисяч доларів (залежно від вантажопідйомності та функцій).

Складальники, вантажники та пакувальники
Важкий і шкідливий для людського організмупраця стала причиною появи у цій галузі автоматизованих помічників. Роботи пакувальники за лічені хвилини готують товар до відвантаження. Вартість таких роботів до 4 тисяч доларів.

Виробники ABB, KUKA, та Epson пропонують скористатися пристроями для підйому важких вантажів вагою понад 1 тонну та транспортування від складу до місця навантаження.

Виробники промислових роботів маніпуляторів

Безперечними лідерами у цій галузі вважаються Японія та Німеччина. На їхню частку припадає понад 50% усієї роботизованої техніки. Конкурувати з гігантами непросто, однак, і в країнах СНД поступово з'являються власні виробники та стартапи.

KNN Systems. Українська компанія є партнером німецької Kuka та займається розробкою проектів з роботизації процесів зварювання, фрезерування, плазмового різаннята палетизації. Завдяки їх ПЗ промисловий робот може бути переналаштований під новий видзадач лише за день.

Rozum Robotics (Білорусь). Фахівці компанії розробили промисловий робот-маніпулятор PULSE, що відрізняється своєю легкістю та простотою у використанні. Пристрій підходить для складання, пакування, склеювання та перестановки деталей. Ціна робота у районі 500 доларів.

«АРКОДІМ-Про» (Росія). Займається випуском лінійних роботів-маніпуляторів (рухаються лінійними осями), що використовуються для лиття пластику під тиском. Крім того, роботи ARKODIM можуть працювати як частина конвеєрної системи та виконувати функції зварювальника або пакувальника.